【文章內(nèi)容簡介】 試、實(shí)現(xiàn)較難，系 統(tǒng)成本偏高。 視頻采集芯片 +ARM 具有完整操作系統(tǒng)功能，擁有完備的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和文件系統(tǒng)，功耗低，開發(fā)容易，成本較低。 缺少強(qiáng)大的運(yùn)算能力，很難滿足高實(shí)時性的場合。 根據(jù)上面的方案比較，對于網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測系統(tǒng)來說，方案 1 由于沒有強(qiáng)大的操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，因此不太適合做網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)測系統(tǒng)；方案 2 是不錯的選擇，但是該方案采用了兩個處理器，不但提高了成本，在設(shè)計(jì)、調(diào)試上更是帶來困難，需要較長的開發(fā)周期；方案 3 主要問題是缺乏強(qiáng)大的圖像處理能力，不能滿足高實(shí)時性要求。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要用于局域網(wǎng)內(nèi)的視頻監(jiān)測系統(tǒng)， 因 此采用的方案時只用 ARM 作為核心處理器的方案 3[7]。 監(jiān)測系統(tǒng)硬件整體方案設(shè)計(jì) 智能監(jiān)測系統(tǒng)硬件總體主要有嵌入式微處理器， Flash 存儲器 ， SDRAM，網(wǎng)卡，監(jiān)控終端以及 USB 接口攝像頭，其整體硬件方案圖如圖 21 所示： S D R A MU S B 接 口以 太 網(wǎng)控 制 器T C P / I P協(xié) 議 棧以 太 網(wǎng) 驅(qū)動 程 序U S B 攝像 頭I n t e r n e tG P R SU S B 接 口 硬 盤網(wǎng) 絡(luò) 交 換 機(jī)移 動 監(jiān) 控終 端監(jiān) 控 終 端A R M 9 處理 器嵌 入 式L i n u x 操 作系 統(tǒng)圖 21 智能監(jiān)測系統(tǒng)總體圖 黃山學(xué)院畢業(yè)論文 8 監(jiān)測系統(tǒng)軟件整體方案設(shè)計(jì) 智能監(jiān)測系統(tǒng)的總體軟件方案是在 Linux 操作系統(tǒng)之上的是應(yīng)用程序模塊組成，主要包括：視頻服務(wù)器管理模塊，圖像采集模塊，編碼模塊，控制模塊，網(wǎng)絡(luò)傳送模塊，視頻 存儲模塊 [8]。如圖 22 所示為嵌入式視頻服務(wù)器整體軟件模型圖。 攝 像 頭視頻管理模塊視 頻 采 集視 頻 壓 縮網(wǎng) 絡(luò) 傳 輸網(wǎng) 絡(luò)P C移 動 設(shè) 備L i n u x O S 應(yīng)用 軟 件控 制 信 息傳 輸 數(shù) 據(jù)( R T P / R T C P )訪 問 請 求（ T C P / I P ） 圖 22 監(jiān)測系統(tǒng)軟件模型圖 3 監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)定義 對于何為嵌入式系統(tǒng)， IEEE(國際電氣和電子工程師協(xié)會 )的定義是這樣的 ：用于控制、監(jiān)測或者輔助于裝置、機(jī)器和工廠車間運(yùn)行操作的設(shè)施 (Devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants )。這是從應(yīng)用上加以定義的，而目前國內(nèi)普遍被認(rèn)同的定義是 ： 以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減適合應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、以及功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個部分組成，用于實(shí)現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。對于這個定義，可以從如下幾個方面來解讀： (1) 嵌入式系統(tǒng)是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的 (特別是面向行業(yè)的應(yīng)黃山學(xué)院畢業(yè)論文 9 用 )，必須與具體的行業(yè)應(yīng)用背景相結(jié)合， 必須具有很強(qiáng)的專用性，而且必須可以根據(jù)實(shí)際需要合理裁減、利用。 (2) 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。 (3) 嵌入式系統(tǒng)要求對軟硬件可以裁減，以適合各種需求。特別是對于軟件系統(tǒng)，其核心是往往是一個幾 KB 到幾十 KB 的微內(nèi)核，可以對其進(jìn)行功能擴(kuò)展和裁減。 其實(shí)，嵌入式系統(tǒng)是一個外延極其廣泛的名詞，但凡與產(chǎn)品相結(jié)合的，具有嵌入式特點(diǎn)的系統(tǒng)都可以看作嵌入式系統(tǒng)，如一個手持 MP3，一個微型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)都可以稱作嵌入式系統(tǒng)?，F(xiàn)在講的嵌入式系統(tǒng)主 要指近年來比較熱的具有操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中也將沿用這一觀點(diǎn) [9]。 嵌入式系統(tǒng)特點(diǎn) 嵌入式系統(tǒng)和一般的 PC 機(jī)上的應(yīng)用系統(tǒng)不同，它有自己的特點(diǎn)： (1) 嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的。嵌入式 CPU 與通用型的最大不同就是嵌入式 CPU 大多工作在為特定用戶設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把在通用型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中許多由板卡完成的功能集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動能力大大增強(qiáng)。 (2) 嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半 導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個技術(shù)密集、不斷創(chuàng)新的知識密集型系統(tǒng)。 (3) 嵌入式系統(tǒng)的硬、軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，針對具體需求，對系統(tǒng)進(jìn)行合理配置，達(dá)到理想性能。 (4) 為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片中，而不是存貯于磁盤等載體中。由于大部分嵌入式系統(tǒng)必須具有較高的實(shí)時性，因此對程序的質(zhì)量，特別是可靠性，有著較高的要求。 (5) 嵌入式系統(tǒng)本身并不具備在其上進(jìn)行開發(fā)的能力， 都是通過交叉編譯開發(fā)完成的，即采用宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)的開發(fā)模式，在 PC 上開發(fā)完，編譯成功后下載到目標(biāo)機(jī)運(yùn)行的模式 [10]。 嵌入式系統(tǒng)的組成 一般而言，一個完整的嵌入式系統(tǒng)由四部分組成 :嵌入式微處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 嵌入式外圍設(shè)備主要包括以太網(wǎng) RJ45 接口，串行口， USB 接口， SD 卡存儲接口，攝像頭接口，電源接口等等。嵌入式應(yīng)用軟件種類繁多，不甚枚舉，下黃山學(xué)院畢業(yè)論文 10 面介紹常見的嵌入式微處理器和嵌入式操作系統(tǒng) [11] 。 嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式操作系統(tǒng)嵌入式微處理器軟件系統(tǒng)嵌入式外圍設(shè)備硬件系統(tǒng) 圖 31 嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1. 常見嵌入式處理器 (1) 嵌入式微控制器 (MCU)：其典型代表是單片機(jī) ： 將 ROM/EPPROM, RAM,總線、定時 /計(jì)數(shù)器、 I/O, PWM, A/D, D/A 等必要的功能和外設(shè)集成于芯片內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)單片化，體積大大減小，功耗、成本大為降低，可靠性也有很大提高，代表產(chǎn)品有 MCS51/96/196 系列。 (2) 嵌入式微處理器 (MPU)：由通用計(jì)算機(jī) CPU 演變而來，其主要特征是具有 32 位或 64 位，而其性能可堪比 PC 機(jī) CPU，具有功耗低、體積小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，其主要類型有 ARM/Strong ARM 系列、 PowerPC,MIPS 系列。 (3) 嵌入式 DSP 處理器 (DSP )：一種類似于微處理器的的設(shè)備， DSP 常常支持復(fù)雜指令集去非?？斓赝瓿赏ㄓ玫男盘柼幚碛?jì)算，其代表產(chǎn)品 TI 的TMS320C2020/C6000 等。 (4) 嵌入式片上系統(tǒng) (SOC)：其最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了軟硬件的無縫結(jié)合，直接在處理器內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼，整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng) 電路板將變得很簡潔，對于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。其性能優(yōu)于以傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的應(yīng)用系統(tǒng)。 2. 常見嵌入式操作系統(tǒng) (1) Windows CE WinCE 是由微軟公司推出的，為有限資源平臺設(shè)計(jì)的多任務(wù)、多優(yōu)先級、有完整優(yōu)先權(quán)的實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)，現(xiàn)己發(fā)展到 WinMobile。其最大特點(diǎn)是應(yīng)用開發(fā)簡單、界面優(yōu)美。該操作系統(tǒng)的基本內(nèi)核需要至少 200 KB 內(nèi)存空間。它的最大缺點(diǎn)是實(shí)時性不好，只能用于對實(shí)時性要求不高的場合，并且需要一定的版權(quán)費(fèi)。 黃山學(xué)院畢業(yè)論文 11 (2) Vxworks Vxworks 是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如 x86, ARM, MIPS, Power PC 等。 Vxworks 被廣泛應(yīng)用于通信、軍事、航空航天等高精尖技術(shù)領(lǐng)域以及實(shí)時性要求極高的領(lǐng)域中，具有高性能的內(nèi)核和友好的用戶開發(fā)環(huán)境，開發(fā)便利。 (3) pSOS 現(xiàn)在 pSOS 屬于 WindRiver 公司的產(chǎn)品。這個系統(tǒng)是一個模塊化、高性能的實(shí)時操作系統(tǒng)，專為嵌入式微處理器設(shè)計(jì)，提供一個完全多任務(wù)環(huán)境，在定制的或是商業(yè)化的硬件上可達(dá)到高性能和高可靠性。 (4) Linux 經(jīng)過幾年的發(fā)展， Linux 技術(shù)和產(chǎn)品日趨成熟，有越來越多的公司了解了Linux 的優(yōu)點(diǎn)而選用 Linux 作為主要的平臺。 Linux 以其獨(dú)特的特性，在數(shù)字視頻監(jiān)測領(lǐng)域己經(jīng)有了一段時間的應(yīng)用，其可針對不同硬件設(shè)備與數(shù)字影像監(jiān)測應(yīng)用需求而量身訂制，可有效減少對硬件資源的需求 。為了有效降低數(shù)字視頻監(jiān)測、安全管理系統(tǒng)的整體運(yùn)作成本， Linux OS 應(yīng)是最適當(dāng)?shù)倪x擇。 采用 Linux 進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)具有以下優(yōu)點(diǎn)：源代碼開放，軟件資源豐富；成本低，優(yōu)秀的開發(fā)工具；廣泛的硬件支持，良好的可移植性；強(qiáng)大的 網(wǎng)絡(luò)支持功能；系統(tǒng)安全可靠 [12]。 系統(tǒng)主要硬件介紹 嵌入式處理器 設(shè)計(jì)中選擇 ARM作為系統(tǒng)核心處理器， ARM架構(gòu)是第一款 RSIC微處理器，是一種可擴(kuò)展、可移植、可集成的處理器。其代表處理器 ARM9 實(shí)物圖如圖 32所示。 采用 RSIC 架構(gòu)的 ARM 微處理器一般有如表 31 所示的特點(diǎn) [13]： 表 31 ARM CPU 特點(diǎn) 序號 特點(diǎn) 1 體積小，低功耗，低成本、高性能 2 支持 Thumb/ARM 雙指令集，能很好的兼容 8/16 位操作 3 大量使用寄存器，大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器 中完成，指令執(zhí)行速度更快 黃山學(xué)院畢業(yè)論文 12 4 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高 5 指令長度更長 基于以上的一些優(yōu)點(diǎn)，隨著更多應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，作為 32 位結(jié)構(gòu)體系中的翹楚， ARM 在各種應(yīng)用領(lǐng)域里得了極其廣泛的應(yīng)用。目前在市場上常用的 ARM 處理器有 ARM7 系列、 ARMS 系列。但 ARM9 代表了 ARM 公司主流的處理器，得到了更